Прогрессивные технологии сооружения скважин

ВСКРЫТИЕ НИЗКОНАПОРНЫХ ПЛАСТОВ

Вскрытие пласта с низкими давлениями (даже при использо­вании прогрессивных промывочных жидкостей) существенно ос­ложняется. При циркуляции возникают большие перепады дав­ления на пласт, что вызывает нарушение его естественной струк­туры, полное поглощение промывочной жидкости. При катаст­рофическом поглощении промывочной жидкости фильтрат со шламом и другими примесями проникает на такую глубину, от­куда извлечь его при освоении невозможно.

Для вскрытия низконапорных пластов рекомендуется исполь­зовать технологию бурения при сбалансированном давлении с газожидкостными смесями. Технология бурения при этом по­мимо повышенного качества вскрытия пласта (за счет сбаланси­рованного давления в стволе скважины и пласте) позволяет уве­личить скорость бурения за счет интенсификации очистки забоя. При малых скоростях потока, низкой выносной способности очистных агентов, значительный объем шлама не выносится на поверхность, а многократно перемалывается и переизмель­чается на забое. Поэтому большая часть энергии используется не на разрушение забоя, а на перемалывание и измельчении шлама.

Рост скорости потока, выносящего шлам, позволяет увеличить механическую скорость бурения при обратной промывке в 2­4 раза, а при гидротранспорте керна - на порядок. Применение способов, обеспечивающих высокие скорости восходящего по­тока, не всегда возможно, например при глубинах скважины бо­лее 200 м, отсутствии специального инструмента и т. д. Увели­чить механическую скорость бурения можно не только за счет повышения скорости восходящего потока, но и увеличением не­сущей способности очистного агента. Обычно увеличить несу­щую способность очистного агента стремятся за счет повышения вязкости, удельного веса и укрепления структурных свойств рас­твора. Такой путь повышения несущей способности очистного агента не нашел широкого применения по двум причинам.

Первая причина заключается в увеличении дифференциаль­ного давления на забой и на разрушаемую породу при использо­вании утяжеленных растворов с выраженными структурными свойствами, и как следствие - в снижении интенсивности раз­рушения породы и механической скорости бурения. Обычно применение утяжеленных растворов, имеющих повышенную вы­носную способность, приводит к снижению механической скоро­сти в сравнении с бурением с промывкой водой или более лег­кими растворами. Вторая причина - необратимая кольматация водоносного пласта, снижение проницаемости прифильтровой зоны и эксплуатационных характеристик скважин. Кроме того, использование утяжеленных растворов приводит к образованию эластичной пленки на стенках скважины, наличие которой спо­собствует снижению качества цементирования обсадных колонн, возникновению межпластовых перетоков и угрозы окружающей среде.

Наиболее прогрессивное направление в области совершенст­вования промывки скважины - разработка рецептур газожидко­стных смесей и технологии их приготовления. Газожидкостные смеси, с одной стороны, имеют высокую несущую способность, обычно в 8-9 раз превышающую выносную способность анало­гичного объема воды, а с другой стороны, не создают избыточное дифференциальное давление на забой, что обусловливает уско­ренное разрушение породы и своевременное удаление ее из скважины.

При эксплуатации месторождения подземных вод происходит сработка уровней и все большее число скважин вскрывают низ­конапорные пласты. Проходка скважин в таких условиях может быть эффективна только при обеспечении баланса давления в системе скважина - пласт, т. е. сбалансированном, уравновешен­ном давлении. Создание сбалансированного давления в системе скважина - пласт при бурении неартезианских скважин (несамо - изливающихся) возможно при использовании облегченных газо­жидкостных очистных агентов. Баланс давления на стенках сква­жины позволяет поддерживать их в устойчивом состоянии и предотвратить поглощения фильтрата раствора.

Предупреждение поглощения фильтрата раствора при приме­нении газожидкостных очистных агентов позволяет достичь сле­дующих преимуществ при бурении:

Обеспечение возможности применения вращательного способа бурения с промывкой в поглощающих разрезах;

Своевременный вынос выбуренной породы по всему стволу скважины, увеличение скорости бурения;

Минимизация набухания глинистых пород при проникновении фильтрата, предупреждение затяжек инструмента, исключение необходимости калибровки ствола скважины;

Минимизация кольматации водоносного пласта, улучшение фильтрационных свойств околоскважинной зоны, повышение эксплуатационных характеристик скважин;

Упрощение конструкции скважин частичным исключением промежуточных колонн для перекрытия поглощающих интерва­лов;

Экономия воды, реагентов и энергии;

Уменьшение загрязнения разреза при бурении, предупреди­тельные мероприятия по охране окружающей среды.

При уравновешенном давлении стенки скважины поддержи­ваются в устойчивом положении, что обусловливает преимуще­ства применения газожидкостных очистных агентов при бурении;

Предупреждение сальникообразования, прихватов инструмента обрывов труб и других видов аварий;

Предотвращение повышения давления в нагнетательной маги­страли, прессования насоса, интенсификации поглощения и по­тери циркуляции;

Повышение скорости бурения исключением повторного из­мельчения обрушенных пород;

Упрощение конструкции скважины частичным исключением промежуточных обсадных колонн, используемых для перекрытия интервалов обвалообразования;

Минимизация межпластовых перетоков, возникающих при не­качественном цементировании, которое вызвано обрушением стенок скважины эксцентричным характером установки обсадных колонн.

Анализ перечисленных преимуществ позволяет сделать вывод о том, что при бурении скважин с промывкой газожидкостными смесями может быть повышена механическая скорость бурения, снижена стоимость скважины, повышается качество строитель­ства, удовлетворяются требования к охране окружающей среды, экономятся материалы и реагенты.

Рациональная область применения технологии определяется условиями, в которых преимущества газожидкостных очистных агентов проявляются наиболее полно. Технологию очистки сква­жины газожидкостными смесями рекомендуется использовать в следующих случаях.

Бурение в породах, склонных к поглощению фильтрата очи­стного агента.

Неудовлетворительная скорость бурения скважины. Бурение скважин большого диаметра.

Бурение в породах, склонных к набуханию и обрушению при проникновении фильтрата.

Повышенные требования к охране окружающей среды, каче­ству цементирования.

Необходимость упрощения конструкции скважины, уменьше­ния числа промежуточных колонн.

Проведение работ в условиях отсутствия стабильного снабже­ния водой и реагентами.

Основные параметры газожидкостных смесей. Параметры аэрированных жидкостей выбирают для следующих условий:

Бурения скважины при сбалансированном давлении;

Обеспечение требуемой несущей способности раствора при за­данной производительности насосного оборудования, скорости бурения и конструкции скважины;

Экономное использование реагентов.

Основной параметр газожидкостной смеси - объемное отно­шение жидкой и газовой фаз. Определим это соотношение. Сба­лансированное давление в процессе бурения наблюдается в слу­чае равенства гидростатического давления столба аэрированной жидкости высотой до устья пластовому давлению. Для обеспече­ния стабильной устойчивости стенок скважины обычно рекомен­дуется проходить скважину при репрессии на пласт в пределах 0,03-0,05 МПа.

В процессе циркуляции величина требуемой репрессии на пласт обеспечивается за счет потерь напора в кольцевом про­странстве скважины в интервале от забоя до устья

Pra + Ар = Рс GH, (3.32)

Где Рпл - пластовое давление; Ар - требуемая репрессия на пласт; рс - плотность очистного агента; H - глубина скважины.

Из выражения (3.32) необходимая плотность очистного агента

Рс = PЈg+rP. (3.33)

В случае вскрытия водоносных пород пластовое давление может быть выражено через глубину статического уровня. Тогда требуемая плотность очистного агента может быть определена по формуле

Р =рGHA + Ар Яс^ +Ар, (3.34)

РС gH F H gH' v y

Где р - плотность пластовой жидкости; Hст - высота от кровли пласта до уровня установления жидкости в скважине в ста­тическом режиме.

Упростим выражение (3.34), приняв под необходимой репрессией величину превышения уровня в скважине AЯ

HСт, AH HСт + AH / о о гґч

Рс = р—— + р— = р—3--------- . (3.35)

По выражению (3.35) определяют необходимый объем воздуха в единице объема жидкости. В случае использования аэрированной воды без утяжеляющих добавок объем воздуха в долях единицы в единичном объеме воды

W„ = 1 - HСт. (3.36)

По формуле (3.36) определяется необходимый объем воздуха в единице объема жидкости на поверхности, т. е. при атмосфер­ном давлении. В скважине давление превышает атмосферное, поэтому с удалением от поверхности воздух будет сжиматься и его объем будет уменьшаться. Принимая, что объем воздуха уменьшается прямо пропорционально увеличению давления, рациональный коэффициент эжекции на поверхности можно выразить через среднее давление в стволе скважины при усло­вии постоянства температуры жидкости в циркуляционной системе.

W„ = W„ Л™, (3.37)

Рат

Где Wв - объем воздуха, необходимый для эжекции в жидкость на поверхности в нагнетательной магистрали; рскв - среднее

Давление в стволе скважины; рат - атмосферное давление.

Подставляя в уравнение (3.37) величину среднего давления в стволе скважины, получаем

W„ = W,, ^^ = 0W H (3.38)

10Р G р

Преобразуя равенство (3.38) с учетом выражения (3.36), получаем уравнение для определения необходимой эжекции потока на поверхности

W„ = 0,1- HСт jH. (3.39)

Коэффициент эжекции можно определить через параметры струйного аппарата и режимы закачки. На рис. 3.4 представлены типовые графики зависимости коэффициента эжекции от отношения перепадов давления между рабочей магистралью и камерой эжекции Дрс и между нагнетательной магистралью перед соплом и камерой эжекции Дрр для различных отношений площадей камеры смешения и сопла Д/ Чем больше отношение площадей камеры смешения и сопла, тем выше степень сжатия струи и больше коэффициент эжекции. Регулировать объем воздуха, подсасываемого в струйный аппарат, можно в пределах от 0 до 3,5 объемного расхода рабочей жидкости (см. рис. 3.4).

Если необходимо приготовить смесь с газожидкостным отно­шением больше чем 3,5, то в качестве рабочей жидкости в

Струйном аппарате используют воздух, а в качестве эжекти - руемой среды - воду и реагенты.

Следующим важным параметром газожидкостной смеси считается ее несущая способность. Несущая способность смеси обусловлена ее статическим и динамическим сопротивлением сдвигу, которые определяются на стандартных ротационных вискозиметрах. Необходимое значение сопротивления сдвигу смеси находится из условия выноса частиц шлама, образующихся при разрушении забоя.

Частица будет находиться во взвешенном состоянии, если ее вес уравновешивается силами сопротивления смеси

G = TS4, (3.40)

Где G - вес частицы, т - касательные напряжения на поверхности частицы площадью S4.

При сферичной форме частицы ее вес

Nd 3

G = т - р), (3.41)

6

Где D - диаметр частицы, рт, р - плотность соответственно шлама и смеси.

Поверхность частицы шлама

SH = Nd2. (3.42)

Приравняв выражения (3.40) и (3.41) и подставив в равенства (3.41) и (3.42), получим уравнение для определения необхо­димых величин касательных напряжений на поверхности частицы

Т= d(рт -р). (3.43)

Установлено, что величина касательных напряжений т нахо­дится в прямолинейной зависимости от статического напряже­ния сдвига Є и выражается произведением

ТЄ-M, (3.44)

Где M - коэффициент, зависящий от формы и размеров частицы (для шарообразных частиц M = 1,6^2,5 при уменьшении их размеров от 40 до 2 мм).

С увеличением размера частицы коэффициент M уменьшается. При отклонении формы частицы от сферичной коэффициент M Также уменьшается.

Максимальный диаметр частиц, выносящихся смесью

D = -6me-. (3.45)

Р м - Р

В практике обычно при выборе типа смеси важно определить статическое напряжение исходя из характерного размера частиц образующегося шлама d, зависящего от типа породообразующего инструмента, режимов бурения, типа пород и др.

Требуемое статическое напряжение сдвига смеси Є опреде­ляется по формуле

Є = d(pм - р). (3.46)

6m

Величина статического напряжения сдвига смеси Є регулиру­ется введением специализированных добавок.

Важными параметрами газожидкостной смеси считаются также ее состав и типы используемых реагентов. Повышение не­сущей способности смеси достигается за счет укрепления струк­турных свойств. Наиболее интенсивно образуются структурные связи с газожидкостной смесью при добавке поверхностно-актив­ных веществ (ПАВ).

Добавки ПАВ могут повысить несущую способность смеси в 8-9 раз. Добавки ПАВ к жидкой фазе смеси составляют 0,1-2 % по объему, а в редких случаях достигают 5 % (например при вскрытии водоносного пласта). Наиболее часто в качестве ПАВ используют реагенты ОП-7, 0П-10, УФЭ и сульфанол.

Повышению несущих свойств смеси способствуют добавки полимеров в объеме 1-2 %. В качестве полимеров используют крахмал, декстрин, полиакриламид (ПАА), гидролизованный по - лиакриламид РС-2, гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), реагенты К-4, К-6, К-9, метас, акриловый сополимер М-14. Обра­зованию структурных свойств раствора способствуют добавки в

Объеме 1-3 % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), целлюлозы, карбофена.

С целью снижения водоотдачи смеси добавляют реагенты-ста­билизаторы, к которым относятся углещелочной реагент (УЩР), торфо-щелочной реагент (ТЩР), нитрогуматные реагенты (СНГР), хромогуматные реагенты, лигнин, сульфит-спиртовая барда (ССБ) и другие добавки в объеме 1-3 %.

Приготовление аэрированной промывочной жидкости. Разли­чают бескомпрессорную (рис. 3.5) и компрессорную (рис. 3.6)

Аэрации промывочной жидкости. Обе схемы предполагают про­мывку скважины при малых давлениях нагнетания (0,6­0,7 МПа), что исключает возможность применения технологии промывки скважины аэрированными растворами традиционными методами с использованием стандартного оборудования при уве­личении глубины скважины более 100 м и скорости восходящего потока более 0,5 м/с. Обычные схемы не обеспечивают требуемо­го давления и в начальный период циркуляции, когда требуется продавить значительный столб жидкости в кольцевом про­странстве.

С целью обеспечения продавки жидкости в начальный момент циркуляции автором предлагается схема обвязки водоструйного насоса (струйного смесителя) с обводным каналом (рис. 3.7). В начальный момент обеспечения циркуляции жидкость подается с помощью регулировки кранов 3 по обводному каналу, минуя струйный смеситель в скважину. Аэрации в этом случае не происходит. После восстановления циркуляции переключают краны 3 и обеспечивают прохождение жидкости, минуя обводной канал через струйный смеситель. За счет высоких скоростей истечения струи из сопла смесителя создается вакуум в камере эжекции и воздух подается в нагнетательную магистраль. Объем подсасываемого воздуха регулируется за счет изменения расхода жидкости через сопло эжекторного смесителя. С ростом скорости истечения струи через насадку увеличиваются высота всасы­вания насоса (вакуум) и объем подсасываемого воздуха. Объем воздуха пропорционален квадрату скорости истечения струи жидкости.

Схема обвязки струйного смесителя с обводным каналом
проста и удобна в использовании. Вместе с тем она имеет следующие существенные недостатки:

Отсутствие аэрации в начальный момент продавки, что может вызвать сильные поглощения и кольматацию пласта;

Прерывистая подача воздуха в нагнетательную магистраль, обусловленная изменением гидравлического сопротивления циркуляции в скважине в процессе бурения;

Потеря циркуляции при обрушении стенок скважины и, как следствие, прихват инструмента и обрыв труб;

Необходимость ручного регулирования кранов 3 и направ­ления движения потока;

Сложность герметизации обводного канала при использовании стандартных трехходовых кранов и рекомендуемых перепадов давления на сопле эжекторного смесителя 1-1,5 МПа.

С целью обеспечения стабильной работы струйного смесителя автором предлагается конструкция аппарата с регулируемым размером сопла, что позволяет при изменении условий промывки менять размер сопла и поддерживать тем самым заданный коэффициент эжекции (см. рис. 3.4). Эжекторный смеситель (рис. 3.8) можно устанавливать с обводненным каналом и без него. Сопло имеет форму кольцевой щели. Размер сопла, а следовательно сечение потока, скорость струи, высота всасы­вания насоса и коэффициент эжекции регулируется вращением эжекционного патрубка внутри сопла в резьбовом соединении.

С ростом сопротивления циркуляции (например при бурении мягких пород), увеличением концентрации шлама, обрушением стенок скважины патрубок 3 вкручивается внутрь сопла, увели­чивая коэффициент эжекции. При уменьшении скорости бурения

Патрубок 3 выкручивается из сопла и снижается объем подсасы­ваемого воздуха. При необходимости приготовления смесей с высоким содержанием воздуха в струйном аппарате в качестве рабочего агента можно использовать воздух, а вместо эжекти- руемой среды - воду с добавлением реагентов. Возможность удовлетворительной работы струйного смесителя на воде и воздухе обеспечивается регулированием в широких пределах размеров сопла.

В случае установки аппарат без обводного канала с целью продавки столба жидкости в начальный момент циркуляции на торце эжекционного патрубка 3 устанавливают клапан с возмож­ностью перекрытия всасывающего канала. Регулировка клапана в патрубке значительно проще, чем синхронная регулировка двух трехходовых кранов.

Струйный аппарат с клапанной системой. На отверстиях в эжекционной камере 1 устанавливаются патрубки, в нижней части которых выполнено посадочное конусное седло (рис. 3.9). Над седлом в патрубке имеются эжекционные отверстия, а выше отверстий - резьба. Внутри патрубков устанавливается клапан с посадочным конусом в нижней части. Клапан закрыт, если конус

Клапана достигает седла патрубка. В этом случае доступ воздуха в аппарат прекращается и аэрации промывочной жидкости не происходит. При открытии клапана конус выворачивается из седла, обеспечивая доступ воздуха из эжекционных отверстий патрубка в эжекционные отверстия напора и в нагнетательную магистраль.

Преимуществом клапанной системы в струйном аппарате является возможность регулирования объема подсасываемого воздуха не только путем изменения расхода рабочей жидкости или воздуха, но и высотой подъема клапанов в эжекционных патрубках.

Приготовление многокомпонентной смеси. Использование кла­панной системы позволяет приготавливать многокомпонентные газожидкостные смеси различной концентрации (рис. 3.10).

В эжекционные отверстия патрубков вставляются и закреп­ляются штуцера, которые шлангами соединяются с емкостями для реагентов, используемых для приготовления многоком­понентной смеси. Расход каждого реагента регулируется вен­тилем, который устанавливается на отверстия емкости для его хранения. При открытом клапане через отверстия в эжекционной камере в нагнетательную магистраль поступает вместе с воз­духом требуемое количество реагента и готовится смесь с задан­ными параметрами. Число отверстий в эжекционных патрубках выбирается, исходя из количества реагентов и необходимого объема подсасываемого воздуха.

В начальный момент циркуляции клапаны закрыты и доступа воздуха и реагентов в поток рабочей жидкости нет. По мере вос­становления циркуляции при прокачке скважины рабочей жид-

Костью клапана открываются и начинается процесс приготовле­ния газожидкостной смеси заданных параметров. Величина под­соса может регулироваться не только расходом рабочей жидко­сти и высотой подъема клапана, но и вентилем на емкостях для хранения реагента.

Наиболее существенный недостаток схемы аэрации промывоч­ной жидкости с клапанной системой - ручная регулировка, что в некоторых случаях осложняет процесс, приводит к прерывистой циркуляции и дискретному подсосу воздуха и реагентов, удоро­жанию работ.

Автоматическое регулирование эжекции в струйный аппарат. Для условий, в которых происходит очень быстрое и частое из­менение давления в циркуляционной системе скважины, предла­гается устройство для автоматического регулирования подсоса воздуха и реагентов в рабочую жидкость с помощью распредели­телей. Использование последних в комбинации со стандартным струйным смесителем позволяет впервые в практике обеспечить приготовление газожидкостных смесей и их закачку в скважину при больших давлениях без применения дожимных устройств.

В зависимости от условий работы могут применяться два типа распределителей. При давлениях закачки более 0,4 МПа рекомендуется пружинный распределитель, а при давлениях ме­нее 0,4 МПа - беспружинный.

Распределитель пружинного типа (рис. 3.11) работает в сле­дующем порядке. При устойчивой работе струйного аппарата создается перепад давления между нагнетательной магистралью и камерой эжекции. Давление, развиваемое струйным аппаратом, т. е. давление в нагнетательной магистрали, составляет 0,3­0,7 МПа, а вакуум в камере эжекции 0,05-0,08 МПа. В этой связи перепад давления на струйном аппарате при нормальной работе составляет 0,35-0,7 МПа. Если в циркуляционной системе скважины возрастает сопротивление или на начальном этапе промывки при продавке столба в жидкости струйный ап­парат не развивает требуемого давления, то давление в нагне­тательной линии магистрали и камере эжекции выравни­вается, стабильная работа аппарата прекращается и он «захлебы­вается».

Эффект возникновения перепада давления между нагнета­тельной линией магистрали и камерой эжекции при нормальной работе струйного аппарата и отсутствие такого перепада при дес­табилизации работы используется для автоматического открытия и закрытия отверстий, подсоса и реагентов. При нормальной ра­боте аппарата отверстия для подсоса воздуха и реагентов откры­ваются из-за перепада давления между нагнетательной линией

Магистрали и камерой эжекции, а при дестабилизации - закры­ваются.

В нагнетательной линии магистрали после конфузора, т. е. в интервале полной стабилизации, давления выполняются отвер­стия 5, которые посредством шланга или трубки соединяются с отверстием в корпусе распределителя 2. Отверстия 4 в камере эжекции также соединяются с отверстием 10 распределителя

Шлангом или трубкой. Распределитель снабжен входным отвер­стием 13, которое может соединяться с отверстием 10 и через шланг и отверстие 4 с камерой эжекции при поддержании на распределителе требуемого перепада давления, соответствующего перепаду давления между нагнетательной магистралью струйного аппарата и камерой эжекции. Внутри распределителя установлен подпружинный поршень 7, который в зависимости от величины перепада давления может перемещаться. При стабильной работе струйного аппарата пружина 9 сжимается, и отверстия 13 и 10 Распределителя соединяются и осуществляется подсос в поток рабочего агента воздуха или реагентов. При дестабилизации ра­боты аппарата, перепад давления на распределителе уменьша­ется, поршень под действием силы пружины перемещается, изо­лирует отверстия 13 и 10, предотвращает подсос воздуха и реа­гентов, обеспечивает прокачку порции аэрированной жидкости и быструю стабилизацию работы аппарата.

Важным моментом считается правильный подбор пружины распределителя. Сила упругости пружины находится из закона Гука

^уПр = -Ky, (3.47)

Где K - коэффициент упругости пружины; Y - величина сжатия пружины.

Пружина должна сжиматься и обеспечивать открытие отвер­стий, через которые в рабочий поток подсасываются воздух и реагенты при расчетном перепаде давления на струйном аппарате Ар. Сила перепада давления на поршень

F = 0,785 Арй1, (3.48)

Где D - диаметр поршня.

Приравнивая выражения (3.47) и (3.48), находят необходимую упругость пружины, исходя из конструктивных особенностей распределителя (D, у) и режимов приготовления

(Ар)

K = 0,785Apd2. (3.49)

Рекомендуемая величина перепада давления на струйном аппарате и распределителя - это Ар = 0,3^0,5 МПа. Эффек­тивность приготовления очистного агента зависит от правиль­ного соотношения величины Ар и потерь напора в скважине при циркуляции. В оптимальном случае рациональный перепад давления на распределителе соответствует потерям напора АН При циркуляции в скважине

Ар = АН. (3.50)

Потери напора в скважине изменяются по мере увеличения глубины скважины и поэтому в процессе бурения перепад дав­ления на распределителе должен увеличиваться. Это обеспечива­ется поджатием пружины 9 распределителей по мере углубки при завинчивании пробок 8.

Число распределителей, устанавливаемых на струйном аппара­те, зависит от числа реагентов, которые используют для приго­товления очистного агента. Интенсивность поступления реагента обеспечивается регулировкой вентилей 12 на выходе из емкос­тей 11.

Распределитель пружинного типа рекомендуется использовать при потерях напора в циркуляционной системе скважины близких или больших максимально возможным значениям дав­ления нагнетания струйного аппарата при устойчивой стабиль­ной работе, т. е. при давлениях более 0,4 МПа. При меньших дав­ления, т. е. при бурении неглубоких скважин или на начальном этапе проходки глубоких скважин, не происходит частого чередования стабилизированного и дестабилизированного режи­мов работы струйного аппарата.

В этом случае рекомендуется использовать распределитель беспружинного типа (рис. 3.12). Отверстия 8 в камере эжекции 10 и отверстия 2 в нагнетательной 1 магистрали после струйного смесителя соединяются между собой с помощью распределителя 4 и обвязки 11. Внутри корпуса распределителя 4 установлен поршень 5, который может перемещаться вдоль оси симметрии в пределах величины хода. В корпусе распределителя имеются отверстия, через которые в зависимости от положения поршня 5 Эжектируемый поток может либо поступать, либо не поступать в камеру 10 эжекции и оттуда в поток рабочей жидкости.

При стабильной работе струйного аппарата (рис. 3.12, а) дав­ление нагнетания р4 значительно превышает давление в камере эжекции рв. На поршень 5 действует сила, смещающая его в крайнее правое положение до совмещения штока с заглушкой меньшего диаметра, при котором отверстия остаются открытыми и происходит эжекция. Сила, действующая на поршень при ста­бильной работе, определяется из выражения

F = 0,785рнDMax + 0,785Р^DMax -DD, (3.51)

Где dmax, dmin - диаметр соответственно большого уплотнения и малого уплотнения поршня.

Знак плюс в равенстве (3.51) обусловлен отрицательным зна­чением давления в камере эжекции при стабильной работе аппа­рата. Как правило, давление нагнетания струйного аппарата ръ Изменяется от 0,3 до 0,7 МПа, а давление в камере эжекции рв от -0,05 до -0,08 МПа.

В случае дестабилизации работы струйного аппарата, на­пример при резком увеличении гидравлического сопротивления циркуляционному потоку в скважине, он «захлебывается», дав­ление в нагнетательной магистрали ръ резко снижается, а давле­ние в камере эжекции рв наоборот увеличивается, причем значе­ния рн и рв выравниваются (рис. 3.12, б).

На поршень действует сила, смещающая его в крайнее левое положение до контакта штока с заглушкой большего диаметра

Fa = 0,785 Ap(dL - О, (3.52)

Где Ар - перепад давления между нагнетательной магистралью и камерой эжекции.

Из выражения (3.52) можно определить конструктивные па­раметры распределителя, важнейшие из которых - больший dmax и меньший dmin диаметры уплотнения поршня. Важно определить перепад давления между нагнетательной магистралью и камерой эжекции, при котором стабильная работа струйного аппарата на­рушается и происходит его «захлебывание». Это будет наблю­даться при увеличении давления в камере эжекции с отрица­тельных до положительных значений, поэтому условие дестаби­лизации работы струйного аппарата принимает вид

Fr = 0,785(pH + PB)(dMax - DL). (3.53)

Переход от отрицательных значений рв к положительным происходит при рв = 0, поэтому уравнение (3.53) можно упростить

Fa = 0,785pH(dmax -DMin). (3.54)

Поршень будет перемещаться, если сила FZI превышает силу сопротивления движения поршня Fc внутри распределителя с учетом коэффициента динамичности кд и надежности кн

_Рд = Fc КД кШ (3.55)

Где кд = 4, а кн = 1,5^1,8.

Из выражений (3.54) и (3.55) определяют геометрический па­раметр распределителя T = 0,785(dm„ - DMin)

T кД кн Fc/pH. (3.56)

Значения силы сопротивления перемещению поршня опреде­ляют экспериментально. Давление нагнетания на выходе из струйного смесителя в оптимальном случае должно соответство­вать потере напора при циркуляции АН. Поэтому в реальных условиях величина геометрического параметра Т распределителя определяется из выражения

T = КД HH Fc(Aff)-1. (3.57)

При дестабилизации работы струйного аппарата поршень рас­пределителя перемещается в крайнее левое положение и отвер­стия изолируются, прекращается эжекция рабочей жидкости и порция аэрированной жидкости поступает в скважину. По мере прокачки давление в камере смешения уменьшается, а в нагнета­тельной магистрали увеличивается. Поршень вновь из крайнего левого положения перемещается в крайнее правое, отверстия со­вмещаются и открывается доступ воздуха и реагентов в поток рабочей жидкости. При повторном «захлебывании» струйного аппарата поршень опять перемещается в крайнее левое положе­ние, а отверстия изолируются друг от друга. И так далее работа струйного аппарата происходит в чередовании стабилизирован­ного и дестабилизированного режимов, что позволяет использо­вать предлагаемую технологию при давлениях больших, чем раз­вивает струйный аппарат. Принцип работы состоит из двух эта­пов (см. рис. 3.12). На первом этапе готовится порция аэриро­ванной промывочной жидкости, а на втором - она прокачивается в скважину под давлением, развиваемым не струйным аппаратом, а буровым насосом.